8. DTLとTTL

DTLの構成と動作

図１にDTLの基本回路を示す。\(A,B\)端が入力、\(Y\)が出力とする。
図２のように、\(A,B\)ともにHレベル（\(V_{CC}\)）とすると、ダイオード\(D1,D2\)ともにOFFとなる。この時、レベルシフトダイオード、トランジスタのベース-エミッタ間とも順方向バイアスとなるため、トランジスタはON状態となり、電流\(I\)は図の赤線のように流れる。従って、\(X\)点の電圧は、約\(1.8 \;V\)で、出力\(Y\)（\(V_{CE(sat)}\)：コレクタエミッタ間飽和電圧）は、約\(0 \; V\)（実際は、\(0.1 \; V\)程度）となる。図３のように、\(B\)をLレベル（\(0 \; V\)）とすると、ダイオード\(D2\)がONとなる。従って、\(X\)点の電圧は、\(0.6 \; V\)となり、レベルシフトダイオードがあるため、トランジスタの\(V_{BE}\)は\(0.6 \; V\)以上になることはないので、トランジスタはOFFとなる。その結果、出力\(Y\)の電圧は、\(V_{CC}\)となる。以上の結果をふまえ、このDTLの動作を表１にまとめる。表１より、図１のDTL回路がNAND回路となっていることがわかる。
NAND演算の完全性より、全ての論理回路がDTLで構成できると言える。

TTLの構成と動作

図４にTTLの基本回路を示す。バイポーラトランジスタ\(Q_{1a}, \;Q_{1b}\)はnpn接合で構成されているので、B（ベース）-E（エミッタ）間が図１のD1、D2に相当し、B（ベース）-C（コレクタ）間がD3に相当する。なお、\(Q_{1a}, \;Q_{1b}\)は、普通のトランジスタとは異なり、ベース、コレクタが共通で、エミッタが２個あるマルチエミッタトランジスタである。
（バイポーラトランジスタの動作に関しては、トランジスタの動作原理を参照して欲しい。）
図５が基本動作である。左図は、\(A,B\)端子ともHレベル（\(V_{CC}\)）にした場合で、トランジスタ\(Q_2\)、\(Q_3\)がONとなる。\(Q_4\)はOFFとなり、その結果、出力\(Y\)は\(0\;V\)となる。
右図は、\(A\)端子をＬレベル（\(0\;V\)）、\(B\)端子をHレベル（\(V_{CC}\)）にした場合で、トランジスタ\(Q_2\)、\(Q_3\)がOFFとなる。\(Q_4\)はONとなり、その結果、出力\(Y\)は約\(4\;V\)となる。
以上の動作は、基本的にDTLのNAND回路と同様である。

図６はTTLの動作をシミュレーションするためのLTspice回路図である。端子\(A\)にL,L,H,H,L,L,H,H（V(a)）、端子\(B\)にL,H,L,H,L,H,L,H（V(b)）の方形波を与えている。このとき、X,V,W点の電圧をV(x),V(v),V(w)に示す。また、出力電圧はV(y)となる。表２に動作をまとめる。